HASIL DAN PEMBAHASAN
4.2 HASIL PENELITIAN VARIASI HRT ( PROSES LOADING UP ) Variasi HRT yang dilakukan dimulai dari HRT 20,15,10, dan 4 hari
4.2 HASIL PENELITIAN VARIASI HRT (PROSES LOADING UP) Variasi HRT yang dilakukan dimulai dari HRT 20,15,10, dan 4 hari. Proses loading up dilakukan untuk membantu proses adaptasi dan pertumbuhan mikroba pada starter yang diambil dari kolam pengasaman PTPN III PKS Torgamba agar proses asidogenesis dapat berlangsung pada HRT operasi target. Selama proses loading up, fermentor dioperasikan dengan penurunan HRT dari 20,15, 10 dan 4 pada kondisi temperatur 45 0C, pengadukan sebesar 150 rpm dan pH dijaga konstan pada 6 (±0,2) dengan penambahan natrium bikarbonat (NaHCO3). Analisis pH, alkalinitas, TS, VS, TSS, VSS, COD serta VFA dilakukan untuk melihat metabolisme dan pertumbuhan mikroba selama proses loading up.
4.2.1 Korelasi pH dan Alkalinitas Pada Proses Loading Up
Proses asidognesis pada umumnya berlangsung pada pH yang rendah yaitu 4-6. Pada proses loading up ini fermentor dijaga pada pH 6 ±0,2. Untuk mengontrol pH fermentor ini ditambahkan NaHCO3. Profil pH dan Alkalinitas pada proses loading up ditunjukkan pada gambar 4.1.
36
Gambar 4.1 Hubungan pH dan Alkalinitas pada Proses Loading Up
Pada Gambar 4.1, menunjukkan grafik pH diantara 5,8-6,2. pH dari umpan berkisar antara 3,5 - 4,5, sehingga untuk menjaga pH fermentor tetap berada antara 5,8-6,2 dilakukan penambahan NaHCO3. Senyawa NaHCO3 ditambahkan untuk menetralkan sejumlah asam-asam yang terkandung di dalam POME dan meningkatkan kemampuan penyangganya sehingga tidak berdampak signifikan terhadap kondisi pH dan alkalinitas ketika diumpankan ke dalam fermentor [39].
Proses asidognesis pada umumnya berlangsung pada pH yang rendah.. Nilai alkalinitas yang diperoleh pada HRT 20 berfluktuasi antara 2.200 – 4.200 mg/L, pada HRT 15 alkalinitas berfluktuasi antara 2.250 - 3.800 mg/L, pada HRT 10 alkalinitas berfluktuasi antara 1.500 - 3.000 mg/L, pada HRT 4 alkalinitas berfluktuasi antara 1.300 - 3.000 mg/L. Nilai alkalinitas yang diperoleh antara 1.300 - 4.200. Nilai Alkalinitas yang diperoleh masih dalam rentang yang diizinkan yaitu 700 – 6.000 mg/L [20,45]. Penelitian Shentil Khumar et al [45] dan Aslanzadeh et al [21] memberikan nilai alkalinitas masing masing 738-746 mg/L dan 16.000 – 31.000 mg/L.
Pada proses loading up penurunan HRT tidak memberikan dampak yang signifikan pada perubahan alkalinitas. Grafik alkalinitas berfluktuasi pada kisaran pH dan alkalinitas asidognesis.
0 1 2 3 4 5 6 7 0 2000 4000 6000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 pH A lk al in itas (m g/ L) Hari ke-Alkalinitas pH HRT 4 HRT 15 HRT 10 HRT 20
37
4.2.2 Pengaruh HRT Terhadap Pertumbuhan Mikroba
Pertumbuhan mikroba dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain suhu, pH, HRT dan alkalinitas [8] . Konsentrasi mikroorganisme yang terbentuk dinyatakan dalam volatile suspended solid (VSS) [46]. Pengaruh pH dan alkalinitas terhadap pertumbuhan mikroba ditunjukkan pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Pengaruh HRT terhadap Pertumbuhan Mikroba
Pada gambar 4.2 menunjukkan konsentrasi VSS yang berfluktuasi pada semua HRT mengalami kestabilan pada HRT 4. Perubahan HRT menyebabkan penurunan konsentrasi mikroba dan kembali mengalami peningkatan setelah hari ke 13 pada setiap HRT. Keadaan ini menunjukkan mikroba melakukan adaptasi ketika HRT dari fermentor diubah. Setelah proses adaptasi konsentrasi mikroba kemudian meningkat.
Pada gambar 4.2 pertumbuhan mikroorganisme pada HRT 4 menunjukkan hasil yang lebih baik. HRT juga merupakan faktor yang mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme karena HRT mempengaruhi ketersediaan nutrisi bagi mikroorganisme untuk melakukan metabolisme. Setelah mengalami fluktuasi pada HRT 20,15 dan 10, mikroba mengalami pertumbuhan yang stabil pada HRT 4. Konsentrasi mikroba yang semakin banyak ini menunjukkan mikroba telah siap melakukan penguraian bahan organik [47]. Dari hasil ini menunjukkan HRT 4 sudah siap untuk proses digestasi anaerobik operasi target. Penelitian Yee shian
0 1 2 3 4 5 6 7 0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 pH V S S (m g/ L) Hari ke-VSS Alkalinity HRT 4 HRT 15 HRT 10 HRT 20
38
wong et al , 2013[20] dengan sampel limbah cair kelapa sawit juga memberikan HRT 4 sebagai HRT terbaik dalam proses digestasi anaerobik.
4.2.3 Reduksi Chemical Oxygen Demand (COD) Pada Proses Loading Up Parameter Chemical Oxygen Demand (COD) menunjukkan jumlah oksigen total yang dibutuhkan untuk mengoksidasi materi organik. COD menunjukkan jumlah bahan organik yang ada dalam bahan baku. Reduksi nilai COD menunjukkan berkurangnya jumlah bahan organik yang ada dalam bahan baku [48]. Gambar 4.3 menunjukkan tingkat reduksi COD selama loading up
Gambar 4.3 pengaruh HRT terhadap reduksi nilai COD
Pada gambar 4.3 menunjukkan reduksi COD pada HRT 20, 15,10 dan 4 masing masing adalah 55 %, 42%, 43%, 42%. Reduksi COD tertinggi diperoleh pada HRT 20. HRT yang lebih lama akan memberikan waktu kontak yang lama antara bahan dan biomassa sehingga reduksinya lebih tinggi [20]. Hasil yang sama diperoleh oleh Yee sian wong et al dimana reduksi COD tertinggi diperoleh pada HRT yang lebih lama. Pada proses asidognesis reduksi COD yang tinggi harus dihindari karena reduksi COD yang tinggi akan menyebabkan terbentuknya gas metana. Pada proses loading up ini reduksi COD pada HRT 15,10 dan 4 relatif stabil. Pada proses asidognesis biasanya digunakan HRT yang pendek karna dapat meningkatkan efektifitas proses asidognesis dan menghasilkan reduksi COD yang
39
lebih rendah [49]. Sehingga untuk operasi target digunakan HRT 4 dengan reduksi COD yang tidak jauh berbeda dari HRT 15 dan 10.
4.2.4 Pembentukkan Volatile Fatty Acid (VFA) Pada Proses Loading Up Proses asidognesis merupakan konversi bahan organik komplek menjadi asam lemak volatil, alkohol, aldehid dan gas seperti CO2, H2, dan NH3 dan poduk samping lain. VFA merupakan asam lemak dengan atom karbon 2 sampai 5 (asam asetat, asam propionat, asam butirat dan lain lain). VFA dapat digunakan untuk memproduksi biogas, biohidrogen. Grafik 4.4 menunjukkan pengaruh HRT terhadap pembentukan VFA yang dinyatakan dalam bentuk asam asetat, asam propionat, asam butirat.
Gambar 4.4 Pengaruh variasi HRT terhadap pembentukan VFA
Pada proses asidognesis, VFA merupakan produk utama yang ingin dihasilkan. Komposisi dari VFA mempengaruhi keberlangsungan proses digestasi anaerobik. Terbentuknya asam propionat melebihi 3000 mg/L dapat menghambat proses digestasi anaerobik [50]. Metabolisme asam propionat menjadi asam asetat relatif lama sehingga menyebabkan akumulasi yang berakibat pada kegagalan proses digestasi anaerobik.
Dari grafik 4.4 diatas menunjukkan VFA pada HRT 20 adalah 15.975,9 mg/L dengan asam asetat, asam propionat dan asam butirat masing masing adalah 8.274685 mg/L, 3.456,628 mg/L, 4.244,586 mg/L. VFA yang dihasilkan pada
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20 15 10 4 V F A (m g/L ) HRT Asam Asetat Asam Propionat Asam Butirat Total
40
HRT 15 adalah 12.118,38 mg/L dengan asam asetat, asam propionat dan asam butirat masing masing adalah 6.080,505 mg/L, 3.082,163 mg/L, 2.955,713 mg/L. VFA yang dihasilkan pada HRT 10 adalah 10.805,27 mg/L dengan asam asetat, asam propionat dan asam butirat masing masing adalah 4.762,664 mg/L, 3.009,715 mg/L, 3.032,892 mg/L. VFA yang dihasilkan pada HRT 4 adalah 14.984,32 mg/L dengan asam asetat, asam propionat dan asam butirat masing masing adalah 7.279,023 mg/L , 2.122,409 mg/L, 5.582,886 mg/L.
Total VFA yang lebih banyak terbentuk pada HRT 20 yaitu 15.975,9 mg/L . Tetapi pada HRT ini terbentuk asam propionat yang tinggi yaitu 3.456,628 mg/L. Jumlah asam propionat ini akan menjadi inhibitor dalam proses. Total produksi VFA yang diperoleh pada HRT 4 yaitu 14.984,32 mg/L merupakan yang tertinggi setelah HRT 20. Asam propionat yang dihasilkan adalah 2122.409 mg/L. Jumlah ini masih berada dibawah kadar asam propionat yang bisa menjadi inhibitor dalam proses digestasi anaerobik. Sehingga pada proses loading up ini HRT 4 memberikan hasil VFA yang lebih baik.
4.2.5 Rasio VFA/Alkalinitas Pada Proses Loading Up
Penurunan kemampuan penyangga dari fermentor dapat disebabkan oleh akumulasi dari VFA. Kesetimbangan antara alkalinitas dan VFA dalam fermentor sangat dibutuhkan untuk mengoptimalkan proses metabolism mikroba. Parameter rasio VFA/Alkalinitas dapat digunakan untuk mengetahui kesetimbangan proses digestasi anaerobik tahap asidognesis [49]. Gambar 4.5 menunjukkan rasio VFA/alkalinitas pada proses loading up
41
Gambar 4.5 pengaruh HRT terhadap rasio VFA/Alkalinitas
Gambar 4.5 menunjukkan rasio VFA/Alkalinitas pada HRT 20,15,10 dan 4 masing masing adalah 5,16;4,03;5,27 dan 7,23. Proses digestasi anaerobik tahap asidognesis dan metanognesis memiliki rasio VFA/Alkalinitas yang berbeda. Pada proses asidognesis rasio VFA/Alkalinitas harus lebih besar dari 1 sedangkan rasio VFA/Alkalinitas pada proses metanognesis lebih kecil dari 0,8. Pada proses asidognesis, semakin tinggi rasio VFA/Alklinitas maka proses yang berlangsung semakin stabil [53]. Pada penelitian ini, proses asidognesis telah berlangsung pada semua HRT dimana rasio VFA/Alkalinitas yang diperoleh lebih besar dari 1. Rasio VFA/Alklinitas tertinggi diperoleh pada HRT 4 yaitu 7,23. Hasil ini menunjukkan HRT 4 merupakan HRT yang paling stabil dan digunakan dalam operasi target atau variasi pH.
Selain itu, pada subbab 4.2.2 telah dijelaskan bahwa konsentrasi mikroba yang dihasilkan mulai stabil pada HRT 4. Kestabilan ini menunjukkan HRT 4 merupakan yang terbaik digunakan untuk operasi target. Pada subbab 4.2.3 hasil reduksi yang lebih kecil diperoleh pada HRT 4. Pada subbab 4.2.4 VFA yang dihasilkan juga lebih baik pada HRT 4 sehingga HRT 4 merupakan HRT yang lebih baik untuk digunakan pada operasi target.
5,16 4,03 5,27 7,23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 5 10 15 20 25 V F A /A lk al in itas HRT